A400M:一架涡桨运输机,战术性能竟接近C-17

作者:邢强博士

空中客车A400M是一款性能优异的四发涡轮螺旋桨军用运输机。其设计理念为兼顾战略和战术运输,平衡性能和成本之间的矛盾。但是,因为参与研制该机的各国对A400M的性能有着较高的要求,使得法国、英国、德国、西班牙等国在该项目上的总投入达到了将近200亿欧元。这使得A400M军用运输机项目成为了欧洲最大的军事合作项目。

1982年,一个叫做“未来国际军用运输机”的研发团队成立了。这个团队的目的很明确:研制一款在未来拥有压倒性优势的军用运输机,以便取代美国和英国大量使用的C-130、VC-10以及德国和法国使用的C-160运输机。

A400M:欧洲制造!

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该团队的实力还是不错的。其组成成员包括:法国宇航公司、德国MBB公司(梅塞施密特-伯尔科-布洛姆公司)、英国宇航公司、美国洛克希德-乔治亚公司、意大利阿莱尼亚公司和西班牙卡莎公司。不过,一开始这些公司在运输机的概念设计上没有达成一致。到了1989年,洛克希德退出了团队。至此,“未来国际军用运输机”团队更名为“欧洲未来大型军用运输机”团队。图为A400M运输机的TP400-D6发动机正在进行测试。

2000年,空中客车军用飞机公司(Airbus Military Co.缩写为AMC)成立。“欧洲未来大型军用运输机”团队的设计获得了空客编号:A400M。

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2008年6月26日,曾经在欧美设计师的争议中艰难前行的A400M终于得以下线。她在西班牙塞维利亚接受人们的欢迎。当年,美国方面更希望研制一款能够替代C-130的战术运输机(毕竟他们已经有了多款战略运输机,并且像C-17这样的能够以战术运输机的机场条件起降的战略运输机发展得非常顺利),而欧洲方面更加迫切地想要一款在关键时刻能够充当战略运输机来使用的个头儿大一些的运输机。美国方面的设计人员撤走后,欧洲团队终于把A400M造了出来。因此,A400M算是欧洲的一款“争气机”了。

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A400M的巡航速度为0.68到0.72马赫,比C-17慢一点,飞行高度比C-17低了一点,但是比起C-130来说,A400M真的是强太多了。(从上到下依次为C-17、A400M和C-130)

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时任西班牙国王胡安·卡洛斯一世在塞维利亚主持了A400M的下线仪式。

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经过多次拖延,A400M终于在2009年12月11日实现了她的首次飞行。首飞是由编号为MSN1的飞机在西班牙塞维利亚完成,驾驶员为空中客车军用飞机公司的首席飞行员爱德华(Edward Strongman)。飞行时间总计3小时47分,起飞时的总重量为127吨,比起官方宣布的最大起飞重量141吨少了一些。飞机搭载了15吨的测试设备和2立方米用作压舱物的水。由6名成员组成的机组成员测试了MSN1号在各种条件下的飞行包线。

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与C-17运输机的涡扇发动机不同,A400M采用的涡桨发动机更加注重燃油效率。按照估算,采用涡桨发动机的A400M比同等运力的采用涡扇发动机的运输机重量减轻15%,燃油节省20%。4组螺旋桨产生的高速气流拂过机翼上表面的时候,能够起到一定的增升作用。

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强大的发动机和优秀的气动外形使其战术起飞距离只有980米。机身顶部的IFF天线和V/UHF天线清晰可见。

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空中客车公司在A400M上运用了许多从包括A380在内的民用飞机中发展来的技术,A400M的飞行员座舱就非常类似空中客车的民航飞机。座舱内共有2名成员,另外还给第3名操作员提供了座位以便执行特殊任务。该飞机使用空中客车民用飞机公司研发的电传操纵系统。注意,A400M的操纵杆也同某些空中客车的民航飞机一样位于侧面而不是飞行员的两腿之间。座舱内使用了同A380相同的多块6×8英寸的LCD显示屏,只不过布置方式有所变化。

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A400M在机头位置装有一根可拆卸的受油管,它的7个机翼油箱内总共可装50.5吨的燃油。

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A400M受油时的第一视角

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直径达5.18m的螺旋桨在高速旋转的时候会对机翼的升力分布产生非常大的影响。而后掠桨叶的高速喘振现象也需要通过大量的数值仿真来加以避免。空客对5种桨叶选型进行了大量仿真和风洞试验,最终确定了这样的桨叶设计。

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动力强劲的TP400-D6发动机,最大功率11000马力(8203千瓦)。

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航展上的A400M的发动机剖视模型

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从这张照片中我们能够清楚地看到4组涡桨的旋转方向是不同的(从左到右:顺时针、逆时针 机身 顺时针、逆时针 后面没有 李时珍)。这主要是为了抵消涡桨转动时产生的附加力矩。

小火箭找到了一张展示2组螺旋桨的动图。从上上图或者下图A400M的涡桨的桨叶弯曲部分的朝向上可以判断出它们的旋转方向。

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A400M的尾舱门分为上下两扇,上面的舱门向内收起,而下面的舱门向外放下可以构成装运货物的货桥。舱门还可以放低更多的角度来方便货物运输,实在不行的时候,主起落架还可以蹲下来。为防止飞机装卸重型货物时倾斜,飞机两侧尾部装有液压支撑设备。除了这些硬件系统外,A400M还有自动计算货物重心的软件系统,在野战条件下只需要一名装卸员就可以完成装卸工作。

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A400M的货舱内部自带了一台载重5吨的起重机和一台牵引力达32吨的绞盘,货舱以及舱门的地板上也布置了各种导轨、滚棒以方便货物装卸和运输。

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与大多数运输机不同,A400M的货舱截面是几乎是方形的。方形货舱的好处包括增大了有效容积、降低了地板与地面之间的距离等,不过相应的代价是结构强度会有所损失。A400M货舱长度17.71米,将舱门也算在内货舱长23.2米。地板宽度4米,高为3.85米,总体积达到了340立方米,几乎超出C-130J型两倍。

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A400M的货舱容积比起大个头儿的安-70也不算逊色。

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A400M运输装甲战车时的装载方案。注意看重装备与主起落架的相对位置。

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A400M运输MLRS时的装载方案。从这个示意图中看,小火箭觉得这是一辆M270多管火箭炮(M270 Multiple Launch Rocket System,常缩写为M270 MLRS)。这是一个带有装甲的自行多管火箭炮武器系统。自1983年美军首度使用M270火箭炮之后,北约多个成员国相继开始采用M270,而逐渐成为北约的制式武器。之后美国与欧洲诸国总共生产了约1300套的M270与约700000支火箭。

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这是A400M的另一种装载方案。小火箭觉得这是两辆德国MAN HX系列战术卡车和首尾交错放置的两门北约制式105mm火炮。

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挖掘机与渣土车的最佳配搭。A400M带你包揽全球建筑工程!——小火箭宣

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CH-47稍微拆一拆也是能装下的

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A400M正在准备装载一辆卡车。实际上,货舱门的角度还可以通过让主起落架放低一些变得更小。这张照片显示的应该是一次货桥大角度装载测试。

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一辆北约10吨卡车能够驶入A400M和C-17。但是没法驶入C-130J。A-400M在货舱尺寸设计方面下了不少功夫。

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A400M货舱地板的结构剖面,有兴趣的读者可以校验一下,当做材料力学和结构力学的习题试试。

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一架A400M运输机正在装载一辆VBCI装甲步兵战车。

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VBCI是法语(Véhicule Blindé de Combat d'Infanterie)的缩写,意为法国的新一代轮式步兵战车,2008年进入现役。VBCI的车体由铝合金制造,外部覆盖特种钢和钛合金模块装甲。底盘为8x8全驱动结构,具备与主战坦克接近的机动性与通过性。可以由A400M运输,具有良好的战略机动性。

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A400M巨大的内部货舱

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A400M在“卸货”。

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2012年德国柏林航展上的A400M。不过,从这张照片中很难看到德国对A400M的贡献。A400M的机头、座舱、发动机短舱和飞控系统是法国马特拉公司研发的;机翼的外翼盒是英国航宇公司研发的。德国工程师们的心血集中在A400M的后段:后机身和垂尾是戴姆勒·克莱斯勒 公司研发的。不过这张在德国拍摄的照片刚好挡住了后机身和垂尾。

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2013年的巴黎航展上,一架A400M拔地而起。

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一架A400M正在展示她的美丽。A400M装备了军用级的GPS定位系统、雷达告警装置、导弹告警装置、激光告警装置以及干扰弹发射器等设施,它的机翼下也可加挂额外的电子战设施。

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A400M大面积的垂尾保证了她的航向稳定性。垂尾后面的细杆儿是HF天线。

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除了尾舱门外,机尾侧面还开设了两个舱门,这可以增加伞兵跳伞的效率。

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关于那扇伞兵辅助跳伞舱门乃至整架A400M,阿汤哥或许会有更深切的体会。在《碟中谍5》中,阿汤哥贴着A400M军用运输机,扒着机舱门飞上1500米高空。

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A400M的主起落架为三柱式设计,每侧主起落架都有3组6个轮胎。这个结构比C-17的设计要简洁得多。C-17的主起落架结构详见小火箭的《C-17:环球霸王!》一文。

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A400M的起落架舱整流罩是由复合材料制成的。实际上,A400M的中央翼盒也大量采用了复合材料(上一款敢于在中央翼盒上大动手脚的飞机是B-2)。

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在左侧着陆灯后面的,是冲压空气涡轮舱,记得飞行前拔下销子。有关冲压空气涡轮(RAT)的介绍,详见小火箭的《飞机上的小老鼠:冲压空气涡轮》一文。

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2010年1月15日,A400M的首架飞机正在进行她的第四次飞行。摄影:Benurs

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2010年7月17日,一架A400M参加当年的RIAT表演。这是世界上最大的军用飞机表演盛会。摄影:Cerian

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从这张能够看到A400M背部的照片上,我们能够看到前后两个标有黄框的紧急出口。

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红色圆圈圈里的方孔和圆孔分别是APU进气口和排气口。

红色矩形里的是A400M上装备的导弹逼近告警系统。EADS的这种设计用在了包括A400M和A340高配版等机型上。

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A400M的客舱与货舱的结构剖视

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A400M有着较高的高空巡航速度,同时又有着不错的低空低速飞行稳定性,因此她既能够给固定翼战斗机加油,也能够给直升机加油。

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当然了,A400M也能够给其他A400M加油。

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A400M载重20吨的时候,航程为6600千米;载重30吨的时候,航程为4500千米。图中的红圈和绿圈为同心圆,圆心在法国巴黎。

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在法国图卢兹上空编队飞行的5架A400M

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C-17、C-130J和A400M的合影

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洗澡啦!一架A400M正在经受喷水测验。(WIT:Water Ingestion Tests)

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噢,对了。上次写C-17的时候,有人在小火箭那篇文章下面的留言里提到了双缝襟翼的事情。这次说到了A400M,小火箭千寻万找,终于找到了一张能够明确展示运输机襟翼设计的照片了!

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近几年来,A400M产量激增。已出产的26架A400M在逐渐扩大她的影响力。凑一凑之后,A400M也能玩起大象漫步呢。

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摄于2015年11月12日的一架德国空军的A400M。后面还藏着一架敦豪快递的货机。DHL敦豪快递是一家创立自美国,目前为德国邮政集团100%持股的快递货运公司,是目前世界上最大的航空快递货运公司之一。看尾巴尖儿和右侧机身的一小部分的话,藏在A400M后面的应该是一架波音757-200SF货机。

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A400M与A380在2012年的范保罗航展上,空客最大的运输机和最大的客机的合影。

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平稳着陆!感谢大家一起和小火箭搭乘这次A400M之旅!

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